Диссертация (Взаимодействие гумусовых кислот с полиядерными ароматическими углеводородами - химические и токсикологические аспекты)

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. Ломоносова_________________________________________________________________ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиУДК 547.992.2Гречищева Наталья ЮрьевнаВзаимодействие гумусовых кислот с полиядернымиароматическими углеводородами: химические итоксикологические аспекты02.00.03 –Органическая химия11.00.11 –Охрана окружающей среды и рациональноеиспользование природных ресурсовНаучные руководители:кандидат химических наукИ.

В. Перминовадоктор химических наук, профессорВ. С. ПетросянНаучный консультант:доктор биологических наукД. Н. МаторинДиссертация на соискание ученой степеникандидата химических наукМосква-2000СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ…….....................................................................................41.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.........................................................................61.1.Характеристика структуры и физико-химических свойств гумусовыхкислот........................................................................................................61.2.Структура и физико-химические свойства ПАУ...................................171.3.Взаимодействие гумусовых кислот с ПАУ...........................................211.3.1. Количественная характеристика взаимодействия гумусовых кислот сПАУ.........................................................................................................221.3.2.

Зависимость реакционной способности гумусовых кислот от свойствПАУ и ГФК.............................................................................................351.3.3. Взаимосвязь структуры и реакционной способности гумусовых кислотпо отношению к ПАУ.............................................................................391.3.3.1. Гипотезы о механизме взаимодействия гумусовых кислот с ПАУ.....441.3.4..

Влияние рН и ионной силы на связывание ПАУ гумусовымикислотами................................................................................................471.4.Влияние ГФК на биологическую активность ПАУ..............................521.4.1. Влияние ГФК на биоаккумуляцию ПАУ водными организмами........521.4.2. Количественная оценка влияния ГФК на биоаккумуляцию ПАУ.......581.4.3.

Влияние ГФК на токсичность ПАУ.......................................................612.РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ...................................................652.1.Характеристика объекта исследования.................................................652.2.Изучение cвязывающей способности ГФК по отношению к ПАУ......742.2.1. Определение констант связывания ПАУ гумусовыми кислотами.......742.2.2. Установление количественной взаимосвязи между структурой иконстантами связывания ПАУ гумусовыми кислотами.......................792.2.3. Изучение связывающей способности гидролизованных препаратовгумусовых кислот по отношению к пирену..........................................882.2.3.1.

Общая характеристика гидролизованных препаратов гумусовыхкислот......................................................................................................882.2.3.2. Изучение связывающей способности гидролизованных препаратов ГКпо отношению к пирену.........................................................................942.2.4. Исследование механизма взаимодействия гумусовых кислот сПАУ.........................................................................................................972.2.5. Исследование влияния рН и ионной силы среды на связывание ПАУгумусовыми кислотами........................................................................1022.3.Исследование детоксицирующей способности ГФК по отношению кПАУ.......................................................................................................1102.3.1.

Установление диапазонов токсичности модельных ПАУ.................1122.3.2. Количественная оценка детоксицирующей способности ГФК поотношению к ПАУ................................................................................1142.3.2.1. Исследование влияния ГФК на хроническую токсичность ПАУ......1332.3.3. Установление взаимосвязи между структурой и детоксицирующейспособностью ГФК по отношению к ПАУ.........................................1353.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ................................................1413.1.Материалы и оборудование.................................................................1413.2.Техника эксперимента..........................................................................1473.2.1.

Анализ препаратов гумусовых кислот ..............................................1473.2.2Методика определения констант связывания ПАУ гумусовымикислотами с помощью метода тушенияфлуоресценции.................................................1483.2.3. Методика определения констант связывания ПАУ модельнымикислотами с помощью метода тушения флуоресценции....................1503.2.4. Методики исследования способности гумусовых кислот образовыватькомплексы с переносомзаряда....................................................................................1583.2.5.

Методики токсикологических экспериментов............................1583.2.5.1 Методика альгологического биотестирования.................................1603.2.5.2 Методика эксперимента с использованием тест-объекта DaphniaMagna......................................................................3.2.6.

Приготовление тест-растворов, содержащих ПАУ.............................164ВЫВОДЫ............................................................................................168ВЫРАЖЕНИЕ ПРИЗНАТЕЛЬНОСТИ.........................................169СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ..................................170ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................183ВВЕДЕНИЕГумусовые кислоты представляют собой наиболее обширный классприродных соединений, входящих в состав органического вещества почв,природных вод и твердых горючих ископаемых.

Наличие в молекулахгумусовых кислот ароматического каркаса, замещенного карбоксильными,гидроксильными и карбонильными группами, обеспечивает их высокоесродство к полиядерным ароматическим углеводородам (ПАУ). В связи сэтим взаимодействие с гумусовыми кислотами является важнейшимфактором, контролирующим концентрацию свободной формы ПАУ вводных экосистемах. Учитывая, что именно свободная форма обладаетмаксимальной токсичностью, гумусовые кислоты можно рассматривать какдетоксиканты по отношению к ПАУ. Необходимость создания адекватныхмоделей биогеохимических циклов и прогноза развития токсикологическойситуации в загрязненных экосистемах определяет важность и актуальностьизучения связывающей способности гумусовых кислот по отношению кПАУ и установления количественных соотношений между строением,связывающей способностью и детоксицирующими свойствами гумусовыхкислот.

Указанные проблемы определили постановку целей и задачнастояшей работы.Целью работы являлось изучение связывающей способности идетоксицирующих свойств гумусовых кислот по отношению к ПАУ иустановление их взаимосвязи со строением гумусовых кислот.Для достижения поставленной цели необходимо было решитьследующие задачи:• определитьконстантысвязыванияПАУгумусовымикислотамиразличного происхождения и фракционного состава;• установитькорреляционныесоотношениямеждуконстантамисвязывания и структурными параметрами гумусовых кислот;• количественно охарактеризовать детоксицирующие свойства гумусовыхкислот по отношению к ПАУ;• установить взаимосвязь детоксицирующих свойств со структурнымипараметрами и связывающей способностью гумусовых кислот поотношению к ПАУ.1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ1.1.

Характеристика структуры и физико-химическихсвойств гумусовых кислотГумусовые кислоты (от латинского “humus” – земля, почва)представляют собой наиболее реакционноспособную часть обширногокласса природных соединений, объединяемых под названием гуминовыевещества(ГВ).Гуминовыевеществасоставляют от 60до80%органического вещества водных и почвенных сред [1-4].Образование ГВ в природных средах происходит в результатехимического и биологического разложения растительных и животныхостатков [1, 2, 6]. В основе данного процесса лежит отбор устойчивых кбиодеградацииструктур.Вотличиеотсинтезабиополимеров,протекающего по заданному генетическому коду, образование гуминовыхвеществ - чисто стохастический процесс [7-9]. По этой причине ГВпредставляютсобойсмесьмакромолекулпеременногосоставаинерегулярного строения [10, 11].Общепринятая классификация ГВ [9, 10, 12] основана на различии врастворимости в кислотах и щелочах.

Согласно этой классификации ГВподразделяют на три основные составляющие: гумин – неизвлекаемыйостаток, нерастворимый ни в щелочах, ни в кислотах; гуминовые кислоты(ГК) – фракция ГВ, растворимая в щелочах и нерастворимая в кислотах;фульвокислоты (ФК) – фракция ГВ, растворимая в щелочах и кислотах.Под термином "гумусовые кислоты" понимают сумму гуминовых ифульвокислот. В нашей работе для сокращенного обозначения гумусовыхкислот используется аббревиатура ГФК.Макроэлементами, образующими молекулы ГФК, являются углерод,водород и кислород.